낸시 그레이스 로먼 우주망원경
1. 개요
낸시 그레이스 로먼 우주망원경은 2027년 발사 예정인 NASA의 우주 망원경으로, 우주론과 외계 행성 연구를 목표로 한다. 2010년 제안된 이 망원경은 예산 문제와 정치적 상황으로 개발 과정에서 어려움을 겪었지만, 광역 시야 관측 장비(WFI)와 코로나그래프 관측 장비(CGI)를 탑재하여 암흑 에너지, 외계 행성, 기타 우주 현상 연구에 활용될 예정이다. NASA, 프랑스, 유럽, 일본, 독일 등 여러 국가 및 기관이 참여하여 개발이 진행 중이며, 팰컨 헤비 로켓을 이용하여 지구-태양 라그랑주 점 L2에 배치될 계획이다.
-
2025년 우주 개발 -
아르테미스 2호
아르테미스 2호는 오리온 다목적 유인 우주선의 첫 유인 비행으로, 4명의 우주비행사가 우주 발사 시스템 블록 1을 사용하여 달 궤도를 근접 비행하며, 2025년 9월 이후 발사 예정이고 리드 와이즈먼, 빅터 글로버, 크리스티나 코크, 제러미 핸슨이 탑승하며 오리온 아르테미스 II 광통신 시스템 시험과 함께 유색인종, 여성, 비 미국인의 첫 지구 저궤도 초월 우주 비행을 포함하는 중요한 임무이다. -
2025년 우주 개발 -
IMAP (우주선)
IMAP은 2024년 발사 예정인 NASA의 우주선으로, 헬리오스피어 경계를 연구하고 태양풍과 성간 매질의 상호 작용 등을 이해하기 위해 10개의 과학 장비를 탑재하여 실시간 우주 기상 데이터를 제공한다. -
암흑 에너지 -
솔 펄머터
솔 펄머터는 초신성 우주론 프로젝트를 이끌며 우주의 가속 팽창을 발견하여 2011년 노벨 물리학상을 수상한 미국의 천체물리학자이며, Ia형 초신성을 이용한 연구로 우주의 가속 팽창 증거를 제시하고 암흑 에너지 존재를 시사하는 데 기여했다. -
암흑 에너지 -
ΛCDM 모형
ΛCDM 모형은 우주 상수와 차가운 암흑 물질을 주요 구성 요소로 하여 우주의 팽창과 구조 형성을 설명하는 우주론 모형으로, 현대 우주론의 표준 모형으로 자리 잡았으나 암흑물질과 암흑에너지의 본질에 대한 설명 부족과 일부 관측과의 불일치 문제를 안고 있다. -
적외선망원경 -
플랑크 (인공위성)
유럽 우주국이 발사한 플랑크는 우주 마이크로파 배경을 관측하는 우주 망원경으로, 고해상도 검출, 은하단 목록 작성, 중력 렌즈 효과 관측 등 다양한 과학적 목표를 달성하며 우주론적 매개변수 측정에 기여했다. -
적외선망원경 -
제임스 웹 우주망원경
NASA, ESA, CSA의 협력으로 개발된 제임스 웹 우주망원경(JWST)은 허블 우주 망원경의 후계기로, 적외선 영역에서 초기 우주의 별, 은하, 외계 행성 등을 연구하며, 태양-지구 L2 라그랑주점을 중심으로 헤일로 궤도를 돌고 6.5m 금 코팅 베릴륨 주경과 대형 차양막을 갖추고 있다.
2. 역사와 제작 배경
낸시 그레이스 로먼 우주망원경 개발은 2010년 전미과학공학의학한림원의 제안으로 시작되었다. 초기에는 WFIRST(Wide Field Infrared Survey Telescope)라는 이름으로 2011년과 2012년 사이에 1.3m 적외선 반사망원경 설계가 이루어졌으나, 예산 부족으로 연구가 일시 중단되기도 했다. 이후 국가정찰국(NRO)에서 첩보 망원경 2개를 기증하면서 광각 적외선 관측 아이디어가 구체화되었다. 기증받은 망원경은 허블 우주 망원경과 크기는 같지만, 초점 거리가 더 짧아 넓은 시야를 가졌다.
NASA는 이 망원경을 공동 암흑 에너지 임무(JDEM)와 연동하여 개발을 진행했으며, JDEM 프로젝트의 영향을 받아 원래 설계에서 많은 변화를 겪었다. 로만 망원경의 기본 설계에는 외계 행성을 직접 촬영할 수 있는 코로나그래프가 포함되었다.
2014년부터 2016년까지 NASA는 지속적으로 예산을 배정받았고, 2017년 2월에는 전체적인 구도와 세부 계획이 확정되었다. 2018년 2월, 미국 정부는 3200의 예산을 배정하여 개발을 승인했다. 2020년 5월, NASA는 이 망원경의 이름을 낸시 그레이스 로먼으로 명명했다.
2021년, 코로나19 범유행으로 인해 개발에 차질이 발생하여 발사 일정이 2027년 5월로 연기되었다. 2022년 7월, NASA는 팰컨 헤비 발사체를 이용하여 망원경을 발사할 계획을 발표했다.
2.1. 개발 과정 중 논란과 정치적 상황
2018년 트럼프 행정부는 NASA의 다른 우선순위와 망원경 비용 증가를 이유로 로먼 우주 망원경(당시 WFIRST)의 자금 지원을 중단하려는 시도를 했다. 그러나 미국 천문학계는 2010년 10개년 조사에서 로먼 망원경을 최우선 우주 임무로 평가했음을 강조하며 강하게 반발했다. 미국 천문학회는 제안된 자금 지원 중단에 대해 "심각한 우려"를 표명했다.
미국 의회는 2018년 3월, 행정부의 예산 삭감 요청을 거부하고 로먼 망원경 개발 예산을 승인하며, "국립 과학 아카데미 10개년 조사 과정에서 권장된 과학적 우선 순위의 취소를 거부한다"고 밝혔다. 트럼프 미국 대통령은 2018년 3월 23일 이 법안에 서명했다. NASA는 2019년 2월 15일에 2019 회계 연도 예산 법안을 통해 로먼에 312를 지원받았으며, 대통령의 감축된 예산 요청을 거부하고 3200의 계획 예산으로 로먼 완수를 다시 한 번 강조했다.
2019년 3월, 트럼프 행정부는 2020 회계 연도 예산 제안에서 로먼의 자금 지원을 다시 중단할 것을 의회에 제안했다. 2019년 3월 27일 증언에서 짐 브리덴스타인 NASA 관리자는 "제임스 웹 우주 망원경이 궤도에 진입하면 WFIRST가 중요한 임무가 될 것"이라고 말하며, NASA가 제임스 웹 우주 망원경 이후 로먼 망원경 개발을 계속 지원할 것임을 시사했다.
3. 과학 장비
--
낸시 그레이스 로먼 우주 망원경은 광시야 관측 장비(WFI)와 코로나그래프 관측 장비(CGI)를 탑재할 예정이다. 이 두 장비에 대한 자세한 내용은 하위 문단을 참조하면 된다.
3.1. 광시야 관측 장비 (WFI)
광역 시야 관측 장비(WFI, Wide-Field Instrument)는 300.8-메가픽셀 카메라로, 1개의 광대역 필터와 6개의 협대역 필터를 사용하여 가시광선에서 근적외선(0.48~2.30 μm) 영역의 다중 대역 이미지를 제공한다. HgCdTe 기반 초점면 배열은 0.11 아크초의 해상도로 0.28 평방도(deg2)의 시야를 포착한다. 검출기 배열은 텔레다인에서 제공하는 18개의 H4RG-10 검출기로 구성된다. 또한 광역 무슬릿 분광법을 위해 고분산 그리즘과 저분산 프리즘 어셈블리를 모두 탑재한다.
3.2. 코로나그래프 관측 장비 (CGI)
코로나그래프 관측 장비(CGI, Coronagraphic Instrument)는 이중 변형 거울 별빛 억제 기술을 사용하여 단파장(575nm~825nm)을 관측하는 고대비 코로나그래프이다. 별빛을 10억분의 1 수준으로 억제하여, 모항성으로부터 0.15 아크초만큼 떨어진 행성을 탐지하고 분광할 수 있다. CGI는 미래의 생명체 거주 가능 세계 천문대(HWO)와 같은 대형 우주 망원경에 탑재될 외계 행성 영상 관측 장비의 기술 시연자 역할을 한다.
--
--
3.3. 기타 장비
* 주경: 넓은 시야의 사진을 관측하는 것이 목적이다.
* 부경: 주경이 모은 빛을 다시 카메라로 찍을 수 있게 도와주는 것이 목적이다.
* 전력공급장치: 우주망원경에 전력을 배분해서 공급하는 것이 목적이다.
* 주경 덮개: 주경을 보호하는 데 사용된다.
* 트랜스폰더: 탐사선이 찍은 사진을 송신하는 장치이다.
* 반작용 휠: 망원경의 자세를 조정하는 데 사용된다.
* 태양전지: 태양 에너지를 우주망원경에 공급한다.
4. 과학적 목표
낸시 그레이스 로먼 우주 망원경은 우주론과 외계 행성 연구 분야에서 중요한 질문들에 답하는 것을 목표로 한다. 암흑 에너지의 본질을 밝히고, 유럽 우주국(ESA)의 유클리드 임무를 보완하며, 외계 행성 목록을 완성하여 우주의 생명체 존재 가능성에 대한 이해를 넓히는 데 기여할 것이다.
4.1. 암흑 에너지 연구
로먼 망원경은 바리온 음향 진동, 먼 초신성 관측, 약한 중력 렌즈라는 세 가지 독립적인 기술을 사용하여 암흑 에너지를 탐구할 것이다. 이를 통해 암흑 에너지에 대한 기본적인 질문에 답하며, 유럽 우주국(ESA) 유클리드 임무를 보완할 것이다. 구체적으로 다음 질문에 답하고자 한다.
* 우주의 가속 팽창은 새로운 에너지 성분으로 인해 발생하는가, 아니면 일반 상대성 이론이 우주론적 규모에서 붕괴되어 발생하는가?
* 원인이 새로운 에너지 성분이라면, 그 에너지 밀도는 공간과 시간에 걸쳐 일정하게 유지되는가, 아니면 우주의 역사를 거치면서 진화해 왔는가?
4.2. 외계 행성 탐색
Roman Space Telescope영어은 중력 마이크로렌즈 기술을 활용하여 달 질량의 몇 배에서 화성 질량에 이르는 떠돌이 행성을 포함한 다양한 외계 행성을 탐색한다. 이를 통해 외계 행성 목록을 완성하여 우주의 생명체 가능성에 대한 질문에 답하는 데 기여할 것이다. 우리 태양계와 같은 태양계는 얼마나 흔하며, 행성계의 차갑고 바깥쪽 영역에는 어떤 종류의 행성이 존재하는지, 그리고 지구와 같은 세계의 거주 가능성을 결정하는 요인은 무엇인지 등의 질문에 대한 답을 찾는다.
4.3. 기타 연구
낸시 그레이스 로먼 우주망원경은 은하와 우주에 대한 다양한 질문에 답하기 위한 조사 연구를 수행한다. 외계 행성의 직접 영상 촬영을 위한 코로나그래프 기술을 시연하여, 우리 주변의 가까운 별에서 우리 태양계의 거대 행성과 비슷한 행성의 첫 직접 이미지와 스펙트럼을 얻을 수 있다.
원시 블랙홀 탐지도 수행한다.
5. 국제 협력 및 기관
로만 우주 망원경의 설계는 NASA와 에너지부(DOE) 간의 공동 암흑 에너지 임무(JDEM)에 대한 다양한 제안 설계와 관련이 있다. 이 프로젝트는 메릴랜드주 그린벨트에 있는 NASA의 고다드 우주 비행 센터가 주도하고 있으며, 2018년 11월 30일 NASA는 망원경의 광학 망원경 어셈블리(OTA, Optical Telescope Assembly) 부분에 대한 계약을 체결했다고 발표했다.
로만 프로젝트 사무소는 메릴랜드주 그린벨트에 있는 NASA 고다드 우주 비행 센터에 있으며, 전체 프로젝트 관리를 담당한다.
5.1. 참여 기관
| 기관명 | 국가 | 역할 |
|---|---|---|
| NASA 고다드 우주 비행 센터(GSFC) | 미국 | 프로젝트 총괄 관리, 광역 시야 관측 장비, 우주선 및 망원경 개발 주도 |
| NASA 제트 추진 연구소(JPL) | 미국 | 코로노그래프 장비 개발 |
| 우주 망원경 과학 연구소(STScI) | 미국 | 과학 운영 센터 |
| 적외선 처리 및 분석 센터(IPAC) | 미국 | 과학 지원 |
| 프랑스 국립 우주 연구 센터(CNES) | 프랑스 | 부품 및 과학 지원 |
| 유럽 우주국(ESA) | EU | 우주선, 코로노그래프, 지상국 지원 |
| 일본 우주항공연구개발기구(JAXA) | 일본 | 코로노그래프용 편광 모듈 및 편광 보상기 추가 제안, 지상 지원 |
| 막스 플랑크 천문학 연구소 | 독일 | 코로노그래프 내부 별 가림막 필터 휠 개발 참여 고려 |
5.2. 협력 내용
NASA와 함께, 프랑스 우주국 CNES, 유럽 우주국(ESA), 일본 우주항공연구개발기구(JAXA), 독일 막스 플랑크 천문학 연구소 등 4개의 국제 파트너가 낸시 그레이스 로먼 우주망원경 개발에 참여하고 있다. 이들은 우주선, 코로나그래프, 지상국 지원 등 다양한 분야에 기여하고 있다.
일본은 코로나그래프에 편광 모듈과 편광 보상기를 추가하여 외계 행성 및 원시 행성계 원반의 편광 측정을 강화할 것을 제안했다. 독일의 막스 플랑크 천문학 연구소는 코로나그래프 내부 별 가림막에 필터 휠을 제공하는 방안을 고려했다.
지상 지원은 미국 화이트 샌즈 시험 시설의 새로운 NASA 기지, 일본의 미사사 심우주 기지, 호주의 ESA 뉴 노르시아 기지에서 제공될 예정이다.